電磁繼電器選用和指南

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(陜西群力電工有限責任公司，陜西寶雞，721300)

1　引言

在當今世界，航天、航空、武器裝備兩個大國，一是美國，技術水平最先進，二是俄羅斯，其技術水平先進、工作可靠及結實耐用等特點著稱于世，技術和性能水平也屬國際一流。所以俄羅斯電磁繼電器國家標準是一部項目完整、要求非常嚴格和全面的標準，對電磁繼電器的研發(fā)、生產(chǎn)、試驗、檢測、使用、維修、貯存等多方面，提供了完善的技術基礎保障。另外俄羅斯還出版和發(fā)行一些與標準配套使用的相關手冊和資料，國內(nèi)在1999年原中國航空工業(yè)總公司的領導下，由中國航空機載設備北京中興高技術公司組織有關專家編寫了《俄中西電子元器件對照手冊》，書中包括二極管、三極管、半導體集成電路、繼電器、接插件電容器等五個專業(yè)門類，該書主要列出了俄羅斯電子元器件的名稱、型號、主要技術參數(shù)、簡要說明、外形圖、接口尺寸及國內(nèi)替代產(chǎn)品型號和生產(chǎn)廠家等，其中繼電器主要有25個電磁繼電器和1個干簧繼電器。依據(jù)這些工具圖書可以很快的確定設計方案采用什么類型繼電器并選擇最合適的繼電器，做到了事半功倍的原則。

2　電磁繼電器主要使用參數(shù)

為了確定電磁繼電器正常工作能力和評定電磁繼電器的適應性及應用范圍，必須了解其主要參數(shù)。電磁繼電器的基本使用參數(shù)按下述規(guī)定。

2.1　電氣特性

靈敏度、工作電流(電壓)、吸合電流(電壓)、釋放電流(電壓)、線圈電阻、觸點電路電阻(接觸電阻)、切換能力、電氣絕緣、負載類型、轉(zhuǎn)換(循環(huán))次數(shù)、耐久性(壽命)。

2.2　時間參數(shù)

吸合時間、釋放時間、觸點回跳時間。

2.3　高頻繼電器

觸點間分布電容、波阻、行波或駐波系數(shù)(電壓駐波比)、轉(zhuǎn)換功率、承載功率、轉(zhuǎn)換信號次數(shù)。

2.4　參數(shù)的定義和說明

靈敏度：當電磁繼電器線圈輸入一定的功率值時，電磁繼電器的吸合能力。通常靈敏度定義為吸合磁動勢(МДС)。在與其不同型號繼電器相比較時，而這些不同型號的電磁繼電器又被同樣選用在設備儀器上時，那些吸合磁動勢值最小的電磁繼電器應認為是最靈敏的。為使電磁繼電器銜鐵可靠的驅(qū)動所有觸點組接通(斷開)，具體型號電磁繼電器的磁動勢(МДС)值應永久恒定和足夠的。靈敏度特性是給電磁繼電器線圈輸入足夠使銜鐵運動并驅(qū)動觸點轉(zhuǎn)換的最小功率Pcp。吸合功率-非恒定值，它取決于電磁繼電器線圈的繞組數(shù)據(jù)和外界因素的影響。

極化電磁繼電器與中性電磁繼電器相比較具有較高靈敏度，較大的放大系數(shù)，較小的吸合時間。極化電磁繼電器具有較高靈敏度是由于輔助能量(永久磁鋼)的引入，增加了磁動勢和銜鐵相對低的運動速度，以及較小的觸點壓力。

靈敏度作為技術文件中的參數(shù)，在周圍環(huán)境溫度確定條件下，不能按吸合電流和線圈電阻計算和確定：

(1)

RΟδΜ-線圈電阻，Ω。

吸合電流(電壓)是制造和應用過程的各種不同類型測試中以檢查和調(diào)整電磁繼電器并不是工作參數(shù)。

線圈工作電流(電壓)在氣候和機械因素影響下并在保證電磁繼電器工作能力范圍的條件下，以額定值正負公差的形式在技術文件中規(guī)定。工作電流(電壓)的上限值不能超過其流經(jīng)繞組所產(chǎn)生的固有溫升值。工作電流(電壓)的下限值取決于最小安全系數(shù)，并能保證必需的吸合時間，以及當電源電壓下降和由于繞組通電發(fā)熱而電阻增加時，能確保電磁繼電器可靠地工作。

對密封電磁繼電器而言，工作電流(電壓)上限值通常應限制在密封后容許升高的溫度。

吸合電流(電壓)當供給線圈最小電流(電壓)時，確定電磁繼電器的靈敏度和表示其特征值。在這樣電流(電壓)條件下，電磁繼電器應能正常的吸合，也就是能轉(zhuǎn)換所有觸點。為了保持電磁繼電器的這種狀態(tài)，必須輸入工作電流(電壓)到線圈上。

在機械和氣候因素的持續(xù)影響下，對每一型號的電磁繼電器輸入正常條件下的吸合電流(電壓)值，在貯存過程中可能損失電磁繼電器靈敏度，所以吸合電流(電壓)可以稍高于額定值。

吸合電流(電壓)乃是電磁繼電器檢驗控制參數(shù)，用以表明電磁繼電器調(diào)整的穩(wěn)定性和結構零件的穩(wěn)定性。

釋放電流(電壓)無論是正常條件下，還是各種不穩(wěn)定因素影響的條件下適用的釋放電流(電壓)值同吸合電流(電壓)一樣都應在技術文件中規(guī)定。

當線圈上電流(電壓)下降到銜鐵復位時的數(shù)值時，電磁繼電器釋放(觸點恢復到原始狀態(tài))。電磁繼電器敏感度的最佳指示以最大電流來表示，在此電流下，銜鐵恢復到原始狀態(tài)。

釋放電流ΙΟΤΠ與吸合電流ΙCP比值稱為返回系ΚΒΟЗ，各種不同結構的ΚΒΟЗ值在0.1到0.98很寬的范圍內(nèi)變動。產(chǎn)生磁通的電磁力特性曲線和反作用彈簧的反力特性曲線接近，運動系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸上的摩擦系數(shù)減小乃是返回系數(shù)增加的主要條件。

由于運動系統(tǒng)行程的減小，同樣也可改善返回系數(shù)ΚΒΟЗ，電磁力和反作用彈簧力的特性曲線應在選擇最好的重合條件下達到相接近。

線圈電阻在周圍環(huán)境溫度θ=20℃條件下，電磁繼電器線圈帶公差的有效直流電阻值是電磁繼電器自身特性，在任何其他溫度下的線圈電阻RΟδΜ(Ω)按下列公式確定

RΟδΜ=RΟ[1+α(θ-θ0)]

(1-2)

這里，RΟ-在初始溫度θ0條件下的線圈電阻，Ω；α=1/(235+θ)-銅電阻溫度系數(shù)，1/℃；在θ0=20℃時，α值=0.00392 1/℃；θ-周圍環(huán)境工作溫度，℃。

觸點電路電阻(含接觸電阻)由表面接觸電阻和觸點電路件(簧片或彈簧、導線)電阻組成。實際上測量電磁繼電器的表面接觸電阻非常困難，所以接觸電阻值應根據(jù)觸點所有電路電阻來確定。

對于表面非常潔凈觸點接觸電阻其也會受到很多因素的影響，無論是供貨期間，還是在使用過程中可能在很大的范圍內(nèi)發(fā)生變化。

觸點表面的污染是由于觸點與觸點之間本身壓力的下降和觸點溫度升高的結果所引起。在技術文件中一般指明交貨期間觸點電路電阻的額定值，根據(jù)這些評定電磁繼電器觸點質(zhì)量。

觸點電路電阻采用伏安法進行測量或者采用其他方法即在斷開觸點間電壓為(6±1)V，誤差為±15%的直流或頻率達10kHz的交流電進行測量。在這種情況下，對于負載電流等于和大于100mA的電磁繼電器來說，流過閉合觸點的電流是(100±10)mA。電磁繼電器轉(zhuǎn)換負載的電壓不超過200 mV時，其觸點電路電阻的檢查在電壓(30±5)mV下進行，在此情況下，流過閉合觸點的電流應不大于10mA。

切換能力，電磁繼電器觸點的切換能力是以切換功率值來表征的。在此情況下，觸點完成規(guī)定的轉(zhuǎn)換次數(shù)。

應注意，切換功率值主要取決于觸點的電氣腐蝕。腐蝕基本上是在電流大于100mA的條件下出現(xiàn)。當電流小于這個值時，電氣腐蝕一般不會發(fā)生，而此時對電磁繼電器工作能力的主要影響則表現(xiàn)為觸點和運動系統(tǒng)的機械磨損。

3　擾動因素對繼電器工作力的影響

可靠性是評定電磁繼電器在設備上工作能力的主要標準。電磁繼電器可靠性取決于在技術文件規(guī)定條件下，電磁繼電器在規(guī)定的運行時間的區(qū)間內(nèi)無故障工作能力。

影響電磁繼電器可靠性的因素分為內(nèi)因和外因。觸點電負載、線圈電源情況、觸點瞬變阻抗、電磁繼電器絕緣電阻等屬于內(nèi)因；機械和氣候影響、周圍環(huán)境大氣壓力、霉菌和海霧、特殊因素等屬于外因。

4　供應方保證

制造廠供應的電磁繼電器應有明顯的標記，指明制造年、日，批號和驗收印記。電磁繼電器應按文件要求的專用包裝材料包裝，電磁繼電器制造廠的包裝箱允許使用任何類型的運輸工具，對任何距離進行運輸時，在這種情況下，建議對裝有電磁繼電器的包裝箱進行保護，使其免遭機械和大氣壓下降的影響。電磁繼電器的包裝不允許其在包裝箱內(nèi)移動，以免導致結構損壞。

5　使用說明

俄羅斯國內(nèi)電磁繼電器資料或手冊敘述順序一般為：電磁繼電器用途、可靠性要求、結構數(shù)據(jù)、包括自身外形圖和安裝固定裝置標記、技術特性、自身特性、耐磨性(壽命)等等。

在其附件中還列出停用的電磁繼電器品種和建議替換的電磁繼電器清單。

列在電磁繼電器自身特性內(nèi)的線圈電阻用誤差為±2.5%的儀器測量。接觸電阻值按ГОСТ16121-86《電磁繼電器通用技術條件》規(guī)定，在直流條件下用伏安法測量，其誤差±15%。

對多線圈極化電磁繼電器來說，工作電流是指第一線圈，其它線圈的工作電流由下列關系式確定：

Iрабх=Iраб1W1/ Wх

(1-3)

這里Iрабх-被測線圈的工作電流；Iраб1-第一線圈工作電流；W1-第一線圈的圈數(shù)；Wх-被測線圈的圈數(shù)。

電磁繼電器資料或手冊中的術語的說明，物理量單位列在СΤ СЭВ1052-78對應關系中，大氣壓為Рa，Рa等于1N力的壓力，其力垂直均勻分布于面積為1m2的表面上。為了換算大氣壓，可應用這樣規(guī)則：1mmHg=133.3Рa。

6　國內(nèi)電磁繼電器選用

6.1　基本內(nèi)容和要求

國內(nèi)目前電磁繼電器的選用的基本內(nèi)容主要采用國家軍用標準(等同采用美國軍用標準MIL)、國家標準(等同采用國際電工委員會IEC)、相關出版社出版的圖書及各產(chǎn)生廠家的產(chǎn)品樣本，它們所涉及的內(nèi)容各自都側重不同，比如電磁繼電器的基本要求、檢驗要求、鑒定檢驗、質(zhì)量一致性檢驗、合格資格的保持、檢查和試驗方法、交貨準備、說明事項等，均在國家軍用標準、國家標準和產(chǎn)品標準中都有具體規(guī)定。

6.2　名詞和術語

電磁繼電器的名詞和術語及參數(shù)的定義按國家標準GB/T2900.63-2003 《電工術語 基礎繼電器》(等同采用IEC60050-444：2002.標準)執(zhí)行，另外國家軍用標準中也有一些名詞和術語的定義。從主要名詞和術語上來看，我們定義和俄羅斯有較大的差異，因為我們名詞和術語是采用國際電工委員會(IEC)標準或美國軍用標準的定義。在分類形式與俄羅斯的分類形式有差異，這也充分體現(xiàn)美歐標準體系與俄羅斯標準體系的巨大差異。

6.3　選用要求

6.3.1一般要求

國家軍用標準GJB/Z128-2000《宇航用電子元器件選用指南 繼電器》，標準規(guī)定了宇航用電磁繼電器、固體繼電器、延時繼電器、恒溫繼電器選擇和應用的原則及要求。標準主要引用國家標準、國家軍用標準、電子行業(yè)標準、航天行業(yè)標準及美國軍用標準MI-STD-1346C。標準中涉及了宇航使用內(nèi)容包括電磁繼電器的一般要求、電磁繼電器分類、電磁繼電器軍用零件號、電子系統(tǒng)和航天系統(tǒng)的型號命名方法及標志方法、選擇的一般要求、環(huán)境性能、降額和冗余及電磁繼電器熱設計、可靠性、電磁兼容、特殊環(huán)境適應性等。

6.3.2選擇和應用

標準給出了電磁繼電器的基本功能、應用類型、觸點組合形式及代號、失效率等級及代號、質(zhì)量等級符號及質(zhì)量系數(shù)πQ值、選用原則和要求及步驟、輸入?yún)?shù)選擇、輸出參數(shù)選擇、環(huán)境參數(shù)選擇、觸點類型和參數(shù)選擇、工作狀態(tài)選擇、外形尺寸和重量選擇、安裝位置和安裝方式選擇封裝形式選擇、電磁兼容性和輻射選擇、可靠性篩選和降額及失效模式分布等。

6.3.3包裝和貯存

2000年以后航天用戶提出宇航級產(chǎn)品的進一步相關要求，但是不同的用戶提出的要求存在一定的差異，目前未見到統(tǒng)一的規(guī)范要求。包括電磁繼電器的包裝和運輸及貯存，俄羅斯規(guī)定的非常詳細，而國內(nèi)的國軍標、國標、行業(yè)軍標及產(chǎn)品標準都沒有如此詳細，特別是對貯存期和貯存壽命沒有規(guī)定。只有航天用戶有明確的規(guī)定，但是沒有規(guī)定詳細的實施要求。

6.3.4其它

另外一個選用指南主要來源是采用1985年由原電子工業(yè)部繼電器專業(yè)情報網(wǎng)編譯和出版的《工程師繼電器手冊》，該書是在全美繼電器制造商協(xié)會主編的“工程師繼電器手冊”基礎上編譯，手冊主要收入了美國統(tǒng)一制訂的繼電器名詞術語和測試程序，摘編了美國繼電器軍用標準和國際電工委員會(IEC)標準，介紹了各類繼電器及其在軍事和工業(yè)自動化領域的應用，以及使用中應注意的事項。該書新版本為2006年出版，新版本延續(xù)了前幾版的傳統(tǒng)和精髓，同時增加了很多內(nèi)容如觸點材料、觸點失效分析、觸點壽命與材料、MEMS繼電器、繼電器失效機理分析、高壓繼電器、繼電器選用指南等。該書中一些新的理論和新的觀點及新的方法對國內(nèi)繼電器研發(fā)、生產(chǎn)、試驗、檢測、應用及失效分析等，有很好的指導意義。

7　結束語

本文簡要介紹了俄羅斯有關電磁繼電器的選擇和使用，俄羅斯人提出的產(chǎn)品使用中注意事項和相關問題，對我們是有很多的啟發(fā)和幫助，同時介紹了一些國內(nèi)的相關情況及新版《工程師繼電器手冊》的基本內(nèi)容，它們對國內(nèi)電磁繼電器產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、檢測及使用有重大的借鑒和指導意義。